Conoscenza e comprensione. Lo scopo del corso è di fornire i fondamenti per la comprensione della struttura atomica e molecolare. Partendo da un'esposizione delle idee chiave della Meccanica Quantistica e passando attraverso l'esame di casi risolubili semplici ma significativi, il corso presenta gli orbitali atomici per l'atomo idrogenoide e la loro generalizzazione per gli atomi multielettronici. Si introduce quindi il concetto di orbitale molecolare e si analizza la natura del legame chimico in semplici molecole biatomiche e poliatomiche. Viene evidenziata l'importanza dell'uso della simmetria per lo studio della struttura elettronica delle molecole. Si introducono metodi approssimati (semiempirici) per lo studio di grandi molecole.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione. Al termine del corso lo studente è in grado: a) di saper applicare i principi fondamentali della Meccanica Quantistica a semplici casi risolubili; b) di saper discutere la forma e le proprietà degli orbitali per l'atomo idrogenoide e per gli atomi multielettronici; c) di saper analizzare la natura del legame chimico in molecole biatomiche e poliatomiche sia dal punto di vista del legame di valenza che da quello degli orbitali molecolari; d) di conoscere gli aspetti fondamentali delle transizioni rotazionali e vibrazionali delle molecole; e) di saper riconoscere la simmetria delle molecole e di saper discutere le implicazioni della simmetria relativamente alle proprietà molecolari; f) di saper discutere importanti proprietà molecolari quali l'aromaticità alla luce di semplici teorie semiempiriche.
Prerequisiti
Conoscenza delle discipline di base matematiche e fisiche.
Metodi didattici
Il corso è basato su lezioni teoriche frontali alternate periodicamente a lezioni con esercizi svolti dal docente e dagli studenti.
Verifica Apprendimento
La verifica dell'apprendimento avviene mediante un esame orale nel quale vengono discussi e commentati i temi trattati nel corso. Per accedere all'esame orale è necessario aver preventivamente superato una verifica scritta (anche in un appello diverso da quello della prova orale) basata su una o due domande aperte e su alcuni esercizi numerici.
La verifica scritta si considera superata anche se sono state superate le due prove scritte parziali che si svolgono durante il corso (una a metà una alla fine).
Testi
D.McQuarrie, J. Simon, "Physical Chemistry, a molecular approach", University Science Books (Ed. Italiana Zanichelli)
Dispense del corso fornite dal docente (file pdf).
Contenuti
L'origine della Meccanica Quantistica. La funzione d'onda e la sua interpretazione probabilistica. Alcuni casi risolubili: la particella nella scatola, una particella contro un gradino o una barriera di potenziale (effetto tunnel), oscillatore armonico, rotatore rigido. L'atomo idrogenoide: quantizzazione dell'energia e descrizione degli orbitali. Metodi di approssimazione: teoria delle perturbazioni al primo ordine, metodo variazionale non lineare e lineare (equazione secolare). Atomi multielettronici: il principio di antisimmetria e i determinanti di Slater, la classificazione degli stati atomici, l'introduzione dell'interazione spin-orbita. Le molecole e il legame chimico: l'approssimazione di Born-Oppenheimer, la molecola di idrogeno trattata sia col metodo del legame di valenza che con quello degli orbitali molecolari. Le molecole biatomiche omonucleari ed eteronucleari. Le molecole poliatomiche e la teoria degli orbitali molecolari. La teoria dei gruppi e la classificazione per simmetria degli orbitali molecolari. Gli idrocarburi coniugati e aromatici: il metodo semiempirico di Huckel.
